CN102129771A - 高速公路网的应急资源自动布局系统 - Google Patents

Abstract

一种高速公路网的应急资源自动布局系统，针对高速公路网的交通意外事件发生的随机性和应急资源分布的局限性，结合高速公路网的路网结构、交通流分布、天气条件等，确定高速公路网的应急资源供给点的分布，保障应急资源能够及时、可靠的运输到事发现场，提高应急处置效率，减少人员伤亡和财产损失。本系统包括信息采集装置、信息处理装置和决策端，所述信息采集装置采集得到的信息，经信息处理装置处理后，再传送给决策端。

Description

高速公路网的应急资源自动布局系统

技术领域

本发明涉及考虑高速公路网的路网结构、公路网中交通流分布、公路网中天气条件、交通意外事件发生的可能性、应急资源存储的局限性等因素，确定高速公路网中应急资源的分布地点，及时、可靠的为高速公路网的交通意外事件应急处置提供救援资源保障，提高交通意外事件的应急处置效率，避免高速公路拥堵，减少事件造成的人员伤亡和财产损失。属于公路交通的应急管理领域。

背景技术

随着我国经济迅速发展，城际交通运输需求正在跨越式增长。为适应日益增长的交通出行需求，充分发挥高速道路的高效性、便捷性和快捷性，我国正加快高速公路网的建设速度。与此同时，高速公路的交通意外事件频繁发生，造成了难以预计的人员伤亡和财产损失。

高速公路的交通意外事件具有随机性强，事故损失严重，社会影响大等特点。交通意外事件发生后，如若不能及时采取有效的救援措施，将造成严重的后果。据《道路交通事故统计年报》，2008年我国发生高速公路交通事故10848起，占交通事故总起数的4.09％，造成6042人死亡，占事故总死亡人数的8.22％，13768人受伤，占事故总受伤人数的4.52％，直接财产损失约3.36亿元，占事故总财产损失的33.31％。

经发明人长期研究发现，随着我国高速公路交通基础设施建设的不断完善，高速公路网已经完全具备了对交通意外事件快反应、短时间、高效率的应急处置的条件。目前，造成高速公路网应急处置管理水平不高的瓶颈在于我国高速公路网的应急资源布局不合理。

在高速公路网建设初期，应急资源的布局主要根据公路网的结构和交通流量预测而设定。但是随着时间的推移，城市经济的快速发展，城际高速公路交通量发生显著的变化，导致高速公路网中交通量分布与建设初期交通量预测存在较大差异；加之高速公路网的改扩建工程造成高速公路网结构的变化。这两方面均造成了高速公路网应急资源布局的不合理。在应急救援过程中，由于应急资源布局不合理，时常因应急资源的运输距离过长，贻误了交通意外事件的最佳救援处置时间，给个人、家庭和社会造成了难以弥补的损失。

如果能够根据高速公路网的路网结构、公路网中交通流分布、公路网中天气条件、交通意外事件发生的可能性、应急资源存储的局限性等因素，定期的重新优化布局高速公路网中的应急资源供给点，则可以保障应急资源能够及时运送到交通意外事件的事发点，提高交通意外事件的应急处置能力，避免不必要的人员伤亡和财产损失。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种高速公路网的应急资源自动布局系统，针对高速公路网的交通意外事件发生的随机性和应急资源分布的局限性，结合高速公路网的路网结构、交通流分布、天气条件等，确定高速公路网的应急资源供给点的分布，保障应急资源能够及时、可靠的运输到事发现场，提高应急处置效率，减少人员伤亡和财产损失。

技术方案：本系统包括信息采集装置、信息处理装置和决策端，所述信息采集装置采集得到的信息，经信息处理装置处理后，再传送给决策端。所述信息处理装置对通过计算机控制，采集交通流信息、路网信息、历史信息和决策信息进行处理，步骤包括：

1)通过应急管理区域内高速公路网的卡口、观测站和路段的交通信息采集装置，采集应急管理区域内高速公路网中每一条路段的日均交通流量Q_i、路段长度L_i、交通事故率P_i′、大车比例P_i″、年恶劣天气比例P_i″′，计算每条路段的潜在交通事故数φ_i＝Q_iL_iP_i′P_i″P_i″′。如若无Q_i、P_i′、P_i″、P_i″′等数据，可采集应急管理区域所在省、市高速公路网的日均交通流量、交通事故率、大车比例、年恶劣天气比例等代替。

2)以每1000米作为一个单元，将每条路段i分隔为N_i个单元，采集路段i中第j个单元统计年内交通事故次数m_j，计算路段i中单元平均事故的次数

根据统计学理论，取置信水平为0.95，计算路段i的事件易发点判断指标

将路段i中第j个单元统计年的交通事故次数m_j与路段i的事件易发点判断指标R_i进行比较，如果m_j≥R_i，则确定路段i中第j个单元为事件易发点D(i，j)，否则，路段i中第j个单元不是事件易发点。如果因为没有路段的交通事故统计数据或者路段i内没有满足m_j≥R_i条件的单元，则将路段i的中点所在单元作为事件易发点D(i，j)。

3)根据应急管理区域内高速公路网的路网结构，计算相邻事件易发点对之间的最短路径距离

4)根据每条高速公路路段的潜在交通事故数φ_i和相邻事件易发点对之间的最短路径距离

计算相邻事件易发点对之间的关联需求强度 ${\mathrm{\Φ}}_{D(i,j)}^{D(s,t)}={\mathrm{\φ}}_s{\mathrm{\φ}}_i{\left(l_{D(i,j)}^{D(s,t)}\right)}^{-2}.$

5)对所有相邻事件易发点对之间的关联需求强度

由大到小排序，并建立关联需求强度集合，为便于表述，将排序后的相邻事件易发点对之间的关联需求强度记为Φ₁、Φ₂、Φ₃、……，Φ_A，其中，Φ₁≥Φ₂≥Φ₃≥…≥Φ_A＞0，A表示相邻事件易发点对数，关联需求强度集合为Φ，Φ_i∈Φ。

6)根据所有事件易发点D(i，j)，以每一个事件易发点作为应急需求区域G_i，可建立B个应急需求区域：

其中，B为应急需求区域数，即事件易发点数；在关联需求强度的集合中，选择最大的关联需求强度，将与其相关的事件易发点对应的应急需求区域合并，得到新的应急需求区域

并在关联需求强度集合中删除该关联需求强度；

7)在关联需求强度的集合中，选择最大的关联需求强度，判断与其相关的事件易发点是否在同一个应急需求区域中，如果是，则在关联需求强度集合中删除该关联需求强度，重新执行步骤7)；如果不是，执行步骤8)。

8)将与最大的关联需求强度相关的事件易发点对应的应急需求区域合并，得到新的应急需求区域

并在关联需求强度集合中删除该关联需求强度。

9)通过步骤7)和步骤8)的x次迭代，得到的B-x个应急需求区域，即

根据由决策者决定的应急资源供给点的可布设数C，判断迭代是否结束：直至B-x＝C时，上述迭代结束，确定C个应急需求区域，可记为G₁，G₂，G₃，……，G_C。

10)在每个应急需求区域G_y内，根据高速公路网结构，确定所有高速公路服务区、卡口为应急资源供给的备选点E(y，z)；将根据每个路段的平均小时交通流量q_r，实际通行能力c_r，自由流的通行时间t_r′，计算应急需求区域G_y内，每个备选点E(y，z)到每个事件易发点D(i，j)之间不同路径的出行时间，

其中t_s(E(y，z)，D(i，j))、R^(s)分别表示备选点E(y，z)到事件易发点D(i，j)之间第s条路径的出行时间和第s条路径的所有路段集合；计算备选点E(y，z)到事件易发点D(i，j)的最短出行时间t(E(y，z)，D(i，j))＝min t_s(E(y，z)，D(i，j))。

11)根据应急需求区域G_y内路段的潜在交通事故数φ_i，标准化高速公路路段的应急需求强度

12)根据应急需求区域G_y内，每个备选点E(y，z)到每个事件易发点D(i，j)的最短出行时间t(E(y，z)，D(i，j))和应急需求强度Φ_i，计算每个备选点的应急救援服务水平

其中，确定min S(y，z)对应的备选点E(y，z)为应急需求区域G_y的应急资源供给点。根据步骤7)～9)可确定每个应急需求区域G_y的应急资源供给点。

有益效果：

通过高速公路网的应急资源自动布局方法可分析出高速公路网内的事件易发点，并根据相邻事件易发点之间的关联需求强度对事件易发点进行应急需求区域划分；综合考虑应急需求区域内每个事件易发点的应急需求，寻找最优的应急资源供给点。通过合理的优化布局高速公路网的应急资源供给点，可有效提升应急资源的运输效率，提升高速公路的应急管理能力，保障交通意外事件应急救援工作的顺利开展，避免不必要的人员伤亡和财产损失。

附图说明：

图1为本系统信息处理装置的流程图。

图2为根据关联需求强度，迭代确定应急需求区域流程图。

图3为实施例中，浙江省金华市境内高速公路网结构示意图。

图4为实施例中，浙江省金华市境内高速公路网事件易发点和备选点分布示意图。

图5为本系统的结构框图。

具体实施方式

结合附图，采用本技术方案的实施例如下：

示例：选择浙江省金华市境内高速公路网为发明的研究对象，路网结构如附图3所示。根据日均交通流量、路段长度、交通事故率、大车比例、年恶劣天气比例，可计算每条路段的潜在交通事故数，如表1所示：

表1路段潜在交通事故数表

路段	L1	L2	L3	L4	L5	L6	L7	L8
									路段长度(km)	50	20	30	25	50	45	45	20
路段流量(辆/h)	1200	1500	1380	1650	1500	1500	1300	1850
									交通事故率(次/百万辆·km)	0.2	0.2	0.2	0.2	0.3	0.2	0.2	0.3
大车比例	0.1	0.2	0.1	0.1	0.1	0.2	0.1	0.2
									年恶劣天气比例	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
潜在交通事故数(/百万辆)	120	120	82.8	82.5	225	270	117	222

根据高速公路网路段每个单元的统计年交通事故次数，可确定8个事件易发点(A₁，A₂，A₃，A₄，A₅，A₆，A₇，A₈)。

根据事件易发点位置和潜在交通事故数，可计算交叉口之间的关联需求强度如表2所示：

表2相邻事件易发点对的关联需求强度表

对相邻事件易发点对的关联需求强度排序：

${\mathrm{\Φ}}_{A6}^{A2}>{\mathrm{\Φ}}_{A2}^{A1}>{\mathrm{\Φ}}_{A8}^{A7}>{\mathrm{\Φ}}_{A3}^{A2}>{\mathrm{\Φ}}_{A6}^{A3}>{\mathrm{\Φ}}_{A5}^{A4}>{\mathrm{\Φ}}_{A5}^{A3}>{\mathrm{\Φ}}_{A4}^{A3}>{\mathrm{\Φ}}_{A7}^{A1}>{\mathrm{\Φ}}_{A7}^{A2}$

如果该地区仅能建设3个应急资源供给点，通过迭代确定三个应急需求区域分别为：A₁、A₂、A₃、A_6；A₄、A₅；A₇、A₈。

在每个应急需求区域内，将所有卡口和服务区作为备选点，计算各备选点到各事件易发点的最短出行时间，结合由潜在交通事故数标准化获得的应急需求强度，可以计算出每个备选点的应急救援服务水平；选取应急救援服务水平最小的备选点作为该应急需求区域的应急资源供给点。

最终可确定S₄、S₆、S₃分别为三个应急需求区域的应急需求供给点。

本技术方案是应对随着城市经济的快速发展，城际高速公路交通量发生显著的变化、高速公路网改扩建工程，造成高速公路网的交通需求和交通事故易发点的分布均在变化的要求，可以定时的对高速公路网内交通事故易发点进行自动辨识，自动划分应急需求区域，再根据近期高速公路网交通信息数据和高速公路网的路网结构，自动确定应急资源供给点。高速公路网的应急资源自动布局系统根据高速公路网的新变化，全面考虑交通流信息、事故信息、路网结构信息，通过分析事故易发点的位置、发生概率、备选点分布、救援的最短出行时间等因素，自动优化得出应急资源供给点分布。得出的应急资源供给点分布，考虑了事故的易发点、发生概率、救援路径等因素，且避免了人为因素的影响，得出的结果更为可靠、全面，有助于保障应急资源的运输，提升应急救援效率。

Claims (4)

1.一种高速公路网的应急资源自动布局系统，其特征在于包括信息采集装置、信息处理装置和决策端，所述信息采集装置采集得到的信息，发送给信息处理装置进行处理后，再传送给决策端；

所述信息处理装置通过计算机控制，对采集交通流信息、路网信息、历史信息和决策信息进行处理，步骤包括：

1)通过设在应急管理区域内高速公路网的卡口、观测站和路段的交通信息采集设备，采集高速公路网中每一条路段的日均交通流量Q_i、路段长度L_i、交通事故率P_i′、大车比例P_i″、年恶劣天气比例P_i″′，得到每条路段的潜在交通事故数φ_i＝Q_iL_iP_i′P_i″P_i″′；

2)将每条路段i分隔为N_i个单元，采集路段i中第j个单元统计年内交通事故次数m_j，得到路段i中单元平均事故的次数

得到路段i的事件易发点判断指标

将路段i中第j个单元统计年的交通事故次数m_j与路段i的事件易发点判断指标R_i进行比较，如果m_j≥R_i，则确定路段i中第j个单元为事件易发点D(i，j)，否则，路段i中第j个单元不是事件易发点；

3)根据应急管理区域内高速公路网的路网结构，得到相邻事件易发点对之间的最短路径距离

4)根据每条高速公路路段的潜在交通事故数φ_i和相邻事件易发点对之间的最短路径距离

得到相邻事件易发点对之间的关联需求强度

其中φ_s表示事件易发点D(s，t)所在路段s的潜在交通事故数，φ_i表示事件易发点D(i，j)所在路段i的潜在交通事故数；

5)对所有相邻事件易发点对之间的关联需求强度

由大到小排序，并建立关联需求强度集合，将排序后的相邻事件易发点对之间的关联需求强度记为Φ₁、Φ₂、Φ₃、……，Φ_A，其中，Φ₁≥Φ₂≥Φ₃≥…≥Φ_A＞0，A表示相邻事件易发点对数，关联需求强度集合为Φ，Φ_i∈Φ；

6)根据所有事件易发点D(i，j)，以每一个事件易发点作为应急需求区域G_i，可建立B个应急需求区域：

其中，B为应急需求区域数，即事件易发点数；在关联需求强度的集合中，选择最大的关联需求强度，将与其相关的事件易发点对应的应急需求区域合并，得到新的应急需求区域

并在关联需求强度集合中删除该关联需求强度；

7)在关联需求强度的集合中，选择最大的关联需求强度，判断与其相关的事件易发点是否在同一个应急需求区域中，如果是，则在关联需求强度集合中删除该关联需求强度，重新执行步骤7)；如果不是，执行步骤8)。

8)将与最大的关联需求强度相关的事件易发点对应的应急需求区域合并，得到新的应急需求区域

并在关联需求强度集合中删除该关联需求强度；

9)通过步骤7)和步骤8)的x次迭代，得到的B-x个应急需求区域，即

根据由决策者决定的应急资源供给点的可布设数C，判断迭代是否结束：直至B-x＝C时，上述迭代结束，确定C个应急需求区域，可记为G₁，G₂，G₃，……，G_C；

10)根据得到的C个应急需求区域，为每个应急需求区域G_y确定一个应急资源供给点。

2.根据权利要求1所述的高速公路网的应急资源自动布局系统，其特征在于，为每个应急需求区域G_y确定一个应急资源供给点还包括如下步骤：

a)在每个应急需求区域G_y内，根据高速公路网结构，确定所有高速公路服务区、卡口为应急资源供给的备选点E(y，z)；将根据每个路段的平均小时交通流量q_r，实际通行能力c_r，自由流的通行时间t_r′，计算应急需求区域G_y内，每个备选点E(y，z)到每个事件易发点D(i，j)之间不同路径的出行时间，

其中t_s(E(y，z)，D(i，j))、R^(s)分别表示备选点E(y，z)到事件易发点D(i，j)之间第s条路径的出行时间和第s条路径的所有路段集合；得到备选点E(y，z)到事件易发点D(i，j)的最短出行时间t(E(y，z)，D(i，j))＝min t_s(E(y，z)，D(i，j))；

b)根据应急需求区域G_y内路段的潜在交通事故数φ_i，标准化高速公路路段的应急需求强度

c)根据应急需求区域G_y内，每个备选点E(y，z)到每个事件易发点D(i，j)的最短出行时间t(E(y，z)，D(i，j))和应急需求强度Φ_i，得到每个备选点的应急救援服务水平

其中，确定min S(y，z)对应的备选点E(y，z)为应急需求区域G_y的应急资源供给点。

3.根据权利要求1所述的高速公路网的应急资源自动布局系统，其特征在于，所述步骤1)中，如若无Q_i、P_i′、P_i″、P_i″′等数据，则采集应急管理区域所在省、市高速公路网的日均交通流量、交通事故率、大车比例、年恶劣天气比例等代替。

4.根据权利要求1所述的高速公路网的应急资源自动布局系统，其特征在于，所述步骤2)中，如果因为没有路段的交通事故统计数据或者路段i内没有满足m_j≥R_i条件的单元，则将路段i的中点所在单元作为事件易发点D(i，j)。

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